水輪發(fā)電機(jī)組開機(jī)并網(wǎng)案例分析及日常維護(hù)建議

摘? 要：水輪發(fā)電機(jī)組在電網(wǎng)系統(tǒng)中起到調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用的作用，因此，要求水輪機(jī)組能快速及時(shí)并網(wǎng)。本文通過描述水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)開機(jī)條件不滿足、開機(jī)并網(wǎng)機(jī)組處于空轉(zhuǎn)態(tài)、空載態(tài)以及并網(wǎng)后因電氣元器件老化、機(jī)械設(shè)備串腔、電氣采樣不準(zhǔn)確、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和新增保護(hù)功能配合問題導(dǎo)致并網(wǎng)不成功的案例，通過原因分析，對(duì)水電廠在水輪發(fā)電機(jī)組日常維護(hù)中針對(duì)性開展相關(guān)工作提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

關(guān)鍵詞：水電;機(jī)組;開機(jī)并網(wǎng);案例

1.概述

水力發(fā)電運(yùn)營(yíng)成本低，水輪發(fā)電機(jī)組響應(yīng)迅速，啟動(dòng)快，調(diào)節(jié)容易，是電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻時(shí)的第一選擇，根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷需求要求水輪機(jī)組能快速及時(shí)并網(wǎng)且會(huì)頻繁啟停。近年來，隨著水電站安全生產(chǎn)管理日趨嚴(yán)格，機(jī)組開機(jī)并網(wǎng)成功率列入重要指標(biāo)進(jìn)行考核評(píng)價(jià)，這對(duì)于日常維護(hù)精準(zhǔn)度和精細(xì)度提出了更高要求。

2.自動(dòng)開機(jī)并網(wǎng)流程

自動(dòng)開機(jī)并網(wǎng)流程主要由準(zhǔn)備工作判斷開機(jī)條件是否滿足開機(jī)要求，打開技術(shù)供水和軸承冷卻輔助系統(tǒng)[1]。啟動(dòng)調(diào)速器開機(jī)由調(diào)速器執(zhí)行開導(dǎo)葉操作將機(jī)組由停機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)為空轉(zhuǎn)狀態(tài)，啟動(dòng)勵(lì)磁系統(tǒng)開機(jī)由勵(lì)磁系統(tǒng)建壓將機(jī)組由空轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)為空載狀態(tài)，啟動(dòng)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置判斷并網(wǎng)條件滿足后自動(dòng)合上發(fā)電機(jī)出口開關(guān)將機(jī)組由空載狀態(tài)轉(zhuǎn)為并網(wǎng)狀態(tài)五部分組成。詳見圖1。逐步增加勵(lì)磁，機(jī)組電壓逐步升壓至額定電壓后，機(jī)組處于空載態(tài)。

3.典型案例分析

3.1開機(jī)條件不滿足

3.1.1輔助控制系統(tǒng)PLC故障

輔助控制系統(tǒng)是電廠自動(dòng)控制的重要組成部分，某次機(jī)組開機(jī)，上位機(jī)報(bào)開機(jī)條件不滿足，流程退出。檢查為壓油裝置PLC死機(jī)報(bào)故障。重新對(duì)PLC控制程序進(jìn)行刷新后恢復(fù)正常，判斷為模塊老化導(dǎo)致故障率升高。為保障安全，更換PLC模塊后該故障未再次發(fā)生[2]。

3.1.2轉(zhuǎn)子制動(dòng)器位置異常

轉(zhuǎn)子制動(dòng)器，又稱為制動(dòng)風(fēng)閘，是水輪發(fā)電機(jī)組的剎車裝置，該裝置位置不能有效判斷，機(jī)組可能帶剎車開機(jī)，造成制動(dòng)器閘板與轉(zhuǎn)子制動(dòng)環(huán)摩擦起火燒損制動(dòng)環(huán)，嚴(yán)重影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維實(shí)際，轉(zhuǎn)子制動(dòng)器位置異常一種情況是轉(zhuǎn)子制動(dòng)器本身密封不良，存在串腔現(xiàn)象，制動(dòng)器實(shí)際未落下，光電開關(guān)相應(yīng)檢測(cè)制動(dòng)器未落下，不滿足開機(jī)條件。另一種情況是固定在轉(zhuǎn)子制動(dòng)器閘板托板上隨制動(dòng)器移動(dòng)的支架斷裂，造成與支架配合起來判斷轉(zhuǎn)子制動(dòng)器位置的擋板位置不正確，光電開關(guān)不能正確反應(yīng)轉(zhuǎn)子制動(dòng)器真實(shí)位置，誤判制動(dòng)器未落下，開機(jī)條件不滿足。

某次計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)下開機(jī)令后，機(jī)組報(bào)制動(dòng)風(fēng)閘未在釋放位置，流程退出。經(jīng)過檢查該機(jī)組制動(dòng)器上下腔串腔，造成上腔充氣落下制動(dòng)器時(shí)，下腔帶壓，無法完全落下制動(dòng)器。經(jīng)過更換制動(dòng)器密封，起落制動(dòng)器正常。但該問題在后續(xù)多次發(fā)生，原因主要為制動(dòng)器原密封結(jié)構(gòu)為圓柱型式，在制動(dòng)器起落時(shí)，密封跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)，受剪切力造成密封損壞，制動(dòng)器串腔。經(jīng)過多次研究，改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)，并在機(jī)組檢修時(shí)進(jìn)行了更換，后續(xù)未再發(fā)生制動(dòng)器因密封造成串腔的問題。

3.2空轉(zhuǎn)態(tài)前開機(jī)流程退出

3.2.1外循環(huán)油流中斷

水輪機(jī)部分軸承采用外循環(huán)冷卻方式，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過現(xiàn)地PLC操作控制外循環(huán)啟泵、輪換和停泵。

某次開機(jī)過程中計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)報(bào)水導(dǎo)外循環(huán)油流量低動(dòng)作，開機(jī)流程退出。現(xiàn)場(chǎng)檢查水導(dǎo)外循環(huán)油流流量計(jì)死機(jī)，分析原因?yàn)樗畬?dǎo)外循環(huán)控制系統(tǒng)改造時(shí)元器件選用不符合要求。判斷油流的流量計(jì)由隔離配電器供電，測(cè)量油流流量計(jì)電壓只有8.3V，由于選擇的隔離配電器容量不足，不滿足油流流量計(jì)電源電壓要求，流量計(jì)死機(jī)。重新選取控制柜內(nèi)24V電源后，水導(dǎo)外循環(huán)油流流量計(jì)供電正常，油流量計(jì)示流和信號(hào)輸送正常。

3.2.2制動(dòng)器不滿足開機(jī)條件

制動(dòng)器滿足開機(jī)條件，主要有制動(dòng)氣源壓力正常、制動(dòng)器下腔無壓、制動(dòng)器上腔有壓復(fù)歸、制動(dòng)器落下位置。除制動(dòng)器落下位置信號(hào)由光電開關(guān)反饋外，其他涉及氣壓部分均由壓力控制器進(jìn)行反饋。制動(dòng)器氣源壓力正常和制動(dòng)器上腔有壓采用表計(jì)常開接點(diǎn)，制動(dòng)器下腔無壓采用表計(jì)常閉接點(diǎn)。

某次上位機(jī)下令開機(jī)并網(wǎng)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)報(bào)“**機(jī)開機(jī)過程中異常退出”。檢查發(fā)現(xiàn)該機(jī)組轉(zhuǎn)子制動(dòng)器下腔無壓接點(diǎn)復(fù)歸，風(fēng)閘位置不滿足開機(jī)條件動(dòng)作，開機(jī)條件不滿足動(dòng)作造成開機(jī)流程退出。分析原因?yàn)橹苿?dòng)器下腔無壓選取了壓力控制器常閉接點(diǎn)，并參與開機(jī)流程。由于相鄰機(jī)組正在振動(dòng)區(qū)開展相關(guān)試驗(yàn)，受震動(dòng)影響，壓力控制器的常閉接點(diǎn)偶發(fā)斷開，控制流程誤判下腔有壓，導(dǎo)致流程錯(cuò)誤判斷風(fēng)閘不滿足開機(jī)條件退出開機(jī)流程。

3.2.3 調(diào)速器液壓故障

調(diào)速器是機(jī)組開機(jī)的重要輔助設(shè)備，主要為建立機(jī)組轉(zhuǎn)速。在開機(jī)控制程序中，設(shè)計(jì)原則是要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。

某次由于調(diào)速器主配壓閥主閥芯立面有一定的磨損，導(dǎo)致主閥位置閉環(huán)性能變差，主配壓閥內(nèi)部存在泄漏現(xiàn)象，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)下達(dá)調(diào)速器開機(jī)令后，調(diào)速器報(bào)液壓故障，調(diào)速器切機(jī)手動(dòng)，轉(zhuǎn)速未在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)升至95%Ne，退出開機(jī)流程。最終通過技術(shù)改造完成主配壓閥整體換型，后未再發(fā)生液壓故障。

3.2.4 調(diào)速器控制柜內(nèi)開關(guān)電源偶發(fā)故障

開關(guān)電源主要承擔(dān)控制系統(tǒng)的IO（輸入輸出）信號(hào)電源。某次機(jī)組開機(jī)時(shí)，調(diào)速器收到開機(jī)令，但導(dǎo)葉打開速度很慢，甚至未打開，造成流程規(guī)定時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)葉空載及以上位置未動(dòng)作，機(jī)組開機(jī)失敗。

檢查原因?yàn)檎{(diào)速器主令控制器開關(guān)電源故障，導(dǎo)致開出繼電器無法正常工作，開導(dǎo)葉信號(hào)無法準(zhǔn)確抵達(dá)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，無法開出導(dǎo)葉實(shí)際開度置信號(hào)，不滿足流程要求，退出開機(jī)流程。

3.2.5 機(jī)組技術(shù)供水壓力異常

水輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)供水為各部軸承提供冷卻水源，根據(jù)設(shè)計(jì)原則技術(shù)供水對(duì)水壓和水流量均有要求。

某次機(jī)組開機(jī)，技術(shù)供水壓力上升緩慢，造成規(guī)定時(shí)間為無法達(dá)到要求的水壓，開機(jī)失敗。經(jīng)檢查為技術(shù)供水減壓閥運(yùn)行正常，減壓閥后壓力滿足要求，但因水質(zhì)差問題，造成減壓閥后總管上壓力變送器測(cè)量管路堵塞，壓力上升緩慢，無法達(dá)到要求，誤判供水總管供水壓力低，不滿足機(jī)組運(yùn)行各部用水壓力需求，退出開機(jī)流程。

3.3機(jī)組建壓時(shí)流程異常

某次機(jī)組開機(jī)并網(wǎng)，上位機(jī)報(bào)勵(lì)磁調(diào)節(jié)PT故障，機(jī)端電壓未上升至85%，流程退出。檢查勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜A套PT電壓采樣回路，模擬量總線板至勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜機(jī)端電壓端子排連接線間有壓差，拆除接線發(fā)現(xiàn)A相電壓采集二次線端部絕緣護(hù)套在端子排處有壓接痕跡。

由于二次接線端子選型不當(dāng)，二次接線鼻子制作不規(guī)范，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器A套機(jī)端電壓采集線，在勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜端子處線鼻子端部絕緣護(hù)套有壓接，接觸不良，該相電壓測(cè)量不準(zhǔn)，造成勵(lì)磁調(diào)節(jié)器A套PT采樣不正確，且機(jī)組電壓值未達(dá)到勵(lì)磁調(diào)節(jié)器PT故障切換通道的條件，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器因PT故障，退出建壓流程，開機(jī)并網(wǎng)不成功。

3.4機(jī)組并網(wǎng)流程異常

監(jiān)控系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)新增逆功率保護(hù)配合不好導(dǎo)致并網(wǎng)后異常退出。分析原因?yàn)闄C(jī)組并網(wǎng)時(shí)未賦有功功率初始值，同時(shí)疊加計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)周期、監(jiān)控系統(tǒng)死區(qū)的特定條件下，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)計(jì)算參數(shù)給定調(diào)節(jié)結(jié)果不能躲過逆功率保護(hù)時(shí)間，導(dǎo)致并網(wǎng)后保護(hù)動(dòng)作條件滿足，保護(hù)出口開關(guān)跳閘，機(jī)組由并網(wǎng)態(tài)到空轉(zhuǎn)態(tài)[3]。

4.日常維護(hù)技術(shù)要點(diǎn)

綜合上述案例，總結(jié)檢查處理過程，分析影響開機(jī)并網(wǎng)主要有開關(guān)電源、二次接線、重要表計(jì)，二次系統(tǒng)配合，機(jī)械油水氣壓等方面因素，為保證水電機(jī)組開機(jī)成功率，需結(jié)合日常維護(hù)定期開展以下工作。

4.1梳理開機(jī)流程，持續(xù)優(yōu)化各階段順控流程，確保既可靠又有冗余。將重要表計(jì)需更換為可靠性更高的耐震表計(jì)，最大可能減小外部影響錯(cuò)誤判斷，預(yù)防同期電壓變送器反饋遲緩、延時(shí)不夠等問題影響開機(jī)并網(wǎng)成功率。

4.2 建立二次開關(guān)電源模塊使用及更換臺(tái)賬。對(duì)運(yùn)行年限6-8 年以上的開關(guān)電源模塊及時(shí)進(jìn)行更換。運(yùn)維過程中也可根據(jù)同類型和相似設(shè)備發(fā)生缺陷的情況，自行評(píng)估縮短更換周期，盡可能減小電子元器件老化影響開機(jī)并網(wǎng)成功率。

4.3 選擇更換可靠性更高的二次端子，利用逢停必檢的一切機(jī)會(huì)，檢查緊固二次接線端子。

4.4 針對(duì)轉(zhuǎn)子制動(dòng)器問題。持續(xù)跟蹤應(yīng)用新型密封的穩(wěn)定性，不同結(jié)構(gòu)的制動(dòng)器應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，使用不同型式的密封結(jié)構(gòu)。

4.5 針對(duì)機(jī)械油壓水壓?jiǎn)栴}，通過增加技術(shù)供水減壓閥，程序設(shè)計(jì)為雙減壓閥配合使用，確保技術(shù)供水壓力任何時(shí)候都滿足要求。油壓上除壓力變送器外，增加油流示流計(jì)冗余判斷。

4.6 針對(duì)二次系統(tǒng)配合問題，需仔細(xì)校核，準(zhǔn)確分析系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)參數(shù)及其影響，防止出現(xiàn)由于各系統(tǒng)固有或者其他原因，配合上出現(xiàn)異常影響開機(jī)并網(wǎng)成功率。

5.結(jié)語

電力供應(yīng)是保證民生的重要支撐點(diǎn)，尤其在新能源占比日益增加的背景下，電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)傳統(tǒng)水輪發(fā)電機(jī)組響應(yīng)性、可靠性提出更高要求，水電廠要扎實(shí)做好發(fā)電設(shè)備日常運(yùn)維基礎(chǔ)工作，從技術(shù)上確保開機(jī)并網(wǎng)各環(huán)節(jié)正確可靠，從管理上提高日常維護(hù)精準(zhǔn)度和精細(xì)度，從而提升水電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行性能。

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作者簡(jiǎn)介：夏祥（1986-），女，貴州遵義人，2008年畢業(yè)于華北電力大學(xué)，本科學(xué)歷，工程師，從事水電廠生產(chǎn)管理、技術(shù)管理工作技術(shù)管理工作。